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具有不同化學成分組成的奈米線

2011/02/08 | |

Original publish date:Feb 13, 2002

編輯 HCC 報導

本月的頭一個禮拜對奈米科技研究人員而言,可謂盛事連連。有三個研究群先後宣稱獨立完成含有成份可規律變化的奈米線,而以往研究人員於實驗室內所製造出的奈米線僅為單一材料成分。研究人員認為此項突破將能於一條單一的奈米線上製造出pn接合介面、耦合量子點甚至異質接面雙極電晶體。

由於沿著奈米線長度方向的化學組成可以變化,而且帶有不同顏色的外觀,所以多篇報導分別以紅、白、藍三色的理髮店轉花筒燈、具有不同顏色的水果糖條甚至綜合香草巧克力冰淇淋等來形容這種非單一成分的、條紋狀的奈米線。

製造出條紋狀奈米線的三個研究群分別為美國加州柏克萊大學Peidong Yang所領導的研究群,他們以矽(silicon)和矽鍺(silicon germanium)交替製造了奈米線。瑞士Lund大學Lars Samuelson帶領的研究群則以磷化銦(indium phosphide)和砷化銦(indium arsenide)鄰替製造奈米線。美國哈佛大學的Charles Lieber研究群製造了20奈米直徑的奈米線含有交替的砷化鎵(gallium arsenide)與磷化鎵(gallium phosphide)組成,同時也使用了n 型、p型矽以及磷化銦(indium phosphide)。

三個研究群所都使用類似的高溫製程來製造其條紋狀的奈米線,製造技術稱之為汽-液-固相變化,主要是依賴半導體材料在某種溶融金屬(例如金)的可溶性。在矽晶圓或其他基材上噴洒上奈米等級的金材料珠狀顆粒,於反應爐中使用汽化的半導體材料例如磷化銦,待其分解進入融化的金顆粒且到達充分的濃度後,材料開始結晶,由金顆粒中滲出與顆粒直徑大小相當的半導體細線(即奈米線)。當奈米線長度增加時,改變蒸汽成分,於是得以相繼改變奈米線的化學組成,相對的其電性也隨之改變。

哈佛大學與柏克萊大學製造的奈米線生長速度是Lund實驗室的100倍,Samuelson 認為緩慢的成長能讓奈米線在幾個原子層內調和不同半導體材料的轉變,此種鮮明的邊界能讓元件具有優異的電學與光學性質。Lieber則認為多數電子元件不須具有Samuelson所說的邊界。Yang認為緩慢的生長速率將讓Lund實驗室的奈米線製程變得不切實際。即使有上述的爭端,條紋狀奈米線的一項優點是不同的半導體其結晶結構縱然相配的不是很好,在奈米線內依然能相鄰並存。

年前(November 9, 2001 issue of the journal Science),Lieber曾宣稱將不同的奈米線堆疊,例如讓P型的矽奈米線與N型氮化鎵奈米線垂直相交,矽奈米線帶有電流,當垂直的氮化鎵奈米線降低矽奈米線的電阻時,電晶體即為開路狀態,因此可以製造出表現如電晶體與二極體的元件。而目前由於在單一的奈米線中即有相異的電性,所以奈米線中兩個不同組成的結合面即可成為能導引電流的二極體。Lieber 認為此種奈米條碼(bar codes)可能標明並追蹤個別的蛋白質與其他的生物分子。

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